Holografischer Wellenfrontsensor

Der bewährte Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor (SHS) ist ein gängiges Arbeitspferd für Anwendungen der adaptiven Optik (AO) in der Astronomie. Trotz seiner weiten Verbreitung behindern zwei grundlegende Eigenschaften des Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor seine Anwendung in anspruchsvolleren Szenarien, z. B. bei der Laserausbreitung über lange horizontale Pfade, die Szintillationseffekte erzeugen.

Erstens ist die Bandbreite des SHS aufgrund des rechenintensiven Verfahrens zur Wellenfrontrekonstruktion begrenzt. Infolgedessen ist der Einsatz von SHS-basierten AO-Systemen auf beweglichen Plattformen und/oder für die Satellitenverfolgung schwierig. Zweitens ist die SHS sehr empfindlich gegenüber Szintillationseffekten. Die Verdeckung oder Sättigung von Teilen der Sensorpupille kann zu erheblichen Ausfallraten bei der Wellenfrontrekonstruktion führen.

Als Alternative zum Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor bieten holografische Wellenfrontsensoren (HWFS) das Potenzial für eine erheblich größere Bandbreite und sind unempfindlich gegenüber Verdeckungen. Der HWFS besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem holografischen diffraktiven optischen Element (DOE) und einem kleinen Detektorarray. Wird das DOE mit einem interessierenden Strahl beleuchtet, werden auf der Detektorebene Flecken erzeugt, die jeder im Strahl vorhandenen Wellenfrontaberration entsprechen. Die Amplitude jeder Aberration kann dann aus der normalisierten Intensitätsdifferenz zwischen den Spots bestimmt werden. Dementsprechend ist die modale Zerlegung einer Wellenfront in ihre Komponenten ein beugungsbasierter Prozess, der mit Lichtgeschwindigkeit abläuft.

Trotz dieser Vorteile wird die Genauigkeit des HWFS durch das Vorhandensein intermodaler Übersprechungseffekte beeinträchtigt, die die Leistung des Sensors erheblich einschränken. In der Gruppe Adaptive Optik am Fraunhofer IOSB konzentrieren wir uns auf Techniken zur Unterdrückung dieses Übersprechens und zur Verbesserung der Leistung des HWFS.